专利名称：在电子测试仪器中用于将输入信道隔离的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及信号分析装置，尤其是涉及一种用于提供电隔离的方法和设备，例如，正在进行测试的信号(SUT)和电子测试设备之间的电隔离。
背景技术：
信号捕获设备或测试和测量设备例如数字存储示波器(DSOs)和类似设备，通过一个或多个各自的输入信道接收一个或多个正在进行测试的信号(SUT)。输入信道彼此电隔离以及与测试和测量设备的底板接地相隔离是很重要的。对于具有从DC到测量设备的带宽的频率的信号，这样的隔离是必需的。这样的隔离允许将多个正在进行测试的信号提供给测量设备，并且由相同的测量设备对多个正在进行测试的信号进行分析，而不会对正在进行测试的系统/信号造成影响。
对于本领域的技术人员来说一种应用于宽带系统中的已知的隔离方法是所谓的“双通道方案”，其中，输入信号被分为两个信号；即，一个低频输入信号和一个高频输入信号。光耦合器用于低频信号(例如在1MHz下的信号)，宽带变压器被用于高频信号。遗憾的是，光耦合器的线性化实现起来既困难又昂贵，宽带线性变压器也很昂贵。另外，很难保证得出的被测信号的隔离的低端高频信号成分能够充分的完全匹配，使得可以将它们再组合以产生适合于由测试和测量设备进一步处理的“平滑”信号。
发明内容
在本发明中已经提出了现有技术中的这些和其他不足，本发明中的方法和设备采用避免“双通道方案”以及它固有困难的方式能够使宽带信号隔离。在一个实施例中包括电隔离设备(隔离器)，其中，乘法器将要被电隔离的信号和载波信号混频，以产生调制载波信号，该调制载波信号经过隔离屏障，然后被解调和滤波，从而提取出原始输入信号。
在一个实施例中，本发明适合于一种设备，该设备包括调制器，用于将输入信号调制到载波信号上，从而产生调制载波信号，该调制载波信号具有与之相关的第一接地基准；隔离设备，用于处理该调制信号以产生相应的调制信号，该调制信号具有与之相关的第二接地基准；解调器，用于解调相应的调制信号和相应的载波信号从而产生已解调信号；和滤波器，用于从已解调信号中恢复相应的输入信号。
本发明的教导通过下面结合附图所作的详细说明可以很容易的理解，其中图1描述了根据本发明的一个实施例的信号隔离系统的高级方框图；图2描述了根据本发明的实施例的方法的流程图；图3-6用图表描述了几个有助于理解本发明的波形图。
为了便于理解，采用相同的附图标记来指示附图中共同采用的相同的部件。
具体实施例方式
本发明首先在测试和测量设备的范围内进行描述，例如数字存储示波器，模拟示波器和类似的设备。然而，所属领域的技术人员会意识到本发明可以有利地应用于期望相当宽的带宽信号的电隔离的任何环境中。
图1描述根据本发明的一个实施例的信号隔离系统的高级方框图。特别地，图1中的系统100包括第一缓冲设备105，第一有源(active)混频器110，第一隔离设备120，第二隔离设备130，第二有源混频器140，第二缓冲设备145，振荡器150和滤波器160。应注意的是，第一缓冲设备105、第一混频器110与第二有源混频器140、第二缓冲设备145、振荡器150和滤波器160相互电隔离。
系统100接收差分输入信号，并相应地产生包含隔离的或差分输入信号相应形式的差分输出信号。所属领域的技术人员应该理解的是，根据本发明的教导所提示的，图1中的系统100也可以采用非差分输入和输出信号来操作。然而，抗扰性和其他的因素使得差分输入信号的使用是所希望，虽然这并不是十分必要的。
差分输入信号被第一缓冲设备105缓冲，并被耦合到有源混频器110。有源混频器110运行以将已被缓冲的差分输入信号和第一载波信号CARRIER相乘或调制，以产生已调制信号MOD。该已调制信号MOD被传送到第二个隔离设备130的输入部分。从第二隔离设备130的输出部分所产生的最后的被隔离信号被耦合到第二有源混频器140。
第二有源混频器140接收第二载波信号CARRIER`，这个信号实质上和提供到第一有源混频器110的第一载波信号CARRIER相同(尽管与之隔离)。第二有源混频器140工作以解调已被隔离和调制的差分输入信号并由此产生解调差分信号DEMOD。
解调差分信号DEMOD经由第二缓冲单元145被耦合到滤波器160。滤波器160工作以对已解调的差分信号DEMOD进行平滑滤波，并由此产生一个差分输出信号，其具有和差分输入信号的信号特性基本相似的信号特性。
振荡器150产生第二载波信号CARRIER`，例如，方波，正弦波，三角波和类似的，它们具有几十到几百Mz范围的频率。该载波信号CARRIER`被直接耦合到第二有源混频器140，并且被间接的(通过第一隔离设备120)耦合到第一有源混频器110。因此，在这个实施例中，振荡器150的输出信号被用来对差分输入信号进行初始调制，然后对得到的已被隔离和调制的差分输入信号进行解调从而产生解调的差分信号DMOD。虽然以上描述的频率可用在需要这利带宽的测试和测量设备的范围内，但是根据特殊应用可以使用更小的频率(即1MHz以下)。
在本发明的一个实施例中，每个缓冲器105，145包括模块AD8131缓冲器和模块AD8343有源混频器，这些模块都是由位于马萨诸塞州的诺伍德的模拟设备有限公司制造的。第一隔离器120和第二隔离器130可以包含包装在一起的作为�？锳6801变压器的各个脉冲变压器，由位于加利福尼亚的圣地亚哥的脉冲工程技术有限公司提供的。第一隔离器120和第二隔离器130还可以包含有线形光耦合器，低功耗射频(RF)发射机/接收机对(也就是天线和相应的电路)，光纤设备和类似设备。应该注意的是需要隔离的频率相对来说是很高的，因此，象工作范围在DC以下的线性光耦合器的光学隔离设备是不必要的，即使这类设备可以在本发明的范围内使用。滤波器160可以包括贝塞尔滤波器，高斯滤波器，椭圆滤波器和其它类似滤波器。
在一个实施例中，振荡器150包含一个产生方波的242.42MHz的振荡器，滤波器包含一个200MHz的5阶低通贝塞尔滤波器，第一隔离器120和第二隔离器130包含脉冲变压器。在该实施例中，第一有源混频器110工作以通过用±1与差分输入信号相乘来对差分输入信号进行调制(也就是对载波信号进行卷积操作)。利用这种方式，第一有源混频器110产生的信号MOD包含有通过例如转换操作而被方波相乘的差分输入信号。在该实施例中，第二有源混频器140工作以同步解调由第二隔离设备通过卷积而得到的已被隔离和调制的信号。
图2描述了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。当调制器(例如，第一有源混频器110)将输入信号调制到载波信号上时，图2的方法200进入到步骤210。参考方框215，载波信号可以包含一个正弦波，方波，锯齿波或其它波形。
在步骤220，采用隔离设备(例如，第二隔离设备130)将经过调制的信号耦合到解调器(例如，第二有源混频器140)。参考方框225，隔离设备可以包含一个变压器，光耦合器，或其它的隔离设备。隔离设备是被用来确�：褪淙胄藕畔喙氐慕拥鼗伎梢韵喽杂谟胨婧蟮氖涑鲂藕畔喙氐慕拥鼗几《�(float)。
在步骤230，采用一个相应的载波信号对从隔离设备接收的隔离信号进行解调。参考方框235，依照第一有源混频器使用的调制方案类型，被用来执行这项任务的解调器(即，第二有源混频器140)可以包含平衡混频器，非平衡混频器，解码器或其它适合的设备。
在步骤240，滤波或平滑解调信号以恢复输入信号。参考方框245，使用的滤波或平滑函数可能包括贝塞尔滤波函数，高斯滤波函数，椭圆滤波函数或其它适当的滤波函数。
图3用图表描述了几个有助于理解本发明的波形，特别地，图3A描述了在使用正弦载波信号和输入信号频率低于载波信号频率时，由第一有源混频器110(作为平衡混频器)产生的已调制信号MOD的波形，示出了由第一有源混频器110产生的输出信号MOD。图3B描述了一个波形，用于图解由第二有源混频器140(作为平衡混频器进行工作)产生的解调的信号DEMOD。图3C描述了滤波器160产生的差分输出信号。为了参考目的，图3A，3B，3C中的每一个都示出了输入信号和在描述的该点上的实际信号。
图4用图表描述了几个有助于理解本发明的波形。特别地，图4A描述了在使用方波载波信号和输入信号的上升时间快于载波信号周期的一半的情况下的调制的信号MOD的波形。图4B描述了对由第二有源混频器产生的解调信号DEMOD进行图解的波形。应该注意的是该解调信号实质上包括原始输入信号，并且该原始输入信号具有几个高速的短时脉冲波形干扰410，420，该短时脉冲波形干扰410，420是在调制过程中加入到输入信号中的。应该注意的是，由于使用了方波载波信号，该短时脉冲波形干扰410，420与输入信号和载波信号相比具有非常高的频率。由于该原因，简化了滤波器160的实现。图4C描述了一个由滤波器160产生的输出信号。为了参考的目的，图4A，4B，4C中的每一个都示出了一个输入信号和在描述的该点上的实际信号。
参考图4A，应该注意，输入信号具有一个初始上升沿，其发生在方波载波信号的中间部分而不是在方波信号的过渡部分。注意到方波调制能够充分地捕获基本上所有的相位/时间信息是很重要的。相反的，由于正弦波边沿具有相对来说受到约束的上升时间，采用正弦载波信号并不能准确的捕获相位/时间信息。描述的附图示出了方波载波信号相对于正弦波载波信号的优势。除了简化了滤波器160的实现之外，调制/解调还可以采用一个转换技术而不是平衡的乘法技术(采用正弦波载波)来执行。
图5采用图表描述了几个有助于理解本发明的波形。尤其是，图5A描述了在使用方波载波信号和输入信号的上升时间慢于载波信号周期的一半的情况下的调制信号MOD的波形。图5B描述了图示由第二有源混频器140产生的解调信号DEMOD的波形。应该注意的是，解调信号基本上包括有原始输入信号，该原始输入信号具有几个高速的短时脉冲波形干扰510，该短时脉冲波形干扰510是在调制过程中加入到输入信号的。应该注意的是，由于使用了方波载波信号，该短时脉冲波形干扰510与输入和载波信号相比具有非常高的频率，从而简化了滤波器160的实现。图5C描述了由滤波器160产生的输出信号。为了参考的目的，图5A，5B，5C中的每一个都示出了一个输入信号和在描述的该点上的实际信号。
图6用图表描述了几个有助于理解本发明的波形。尤其是，图6A描述了在使用方波载波信号并且输入信号具有比载波信号更高频率的情况下的调制信号MOD的波形。图6B描述一个波形，该波形示出了由第二有源混频器140产生的解调信号DEMOD。应该注意的是，该解调信号实质上包括有原始输入信号，该原始输入信号具有几个高速的短时脉冲波形干扰610，它们是在调制过程中加入到输入信号的。图6C描述了由滤波器160提供的输出信号。为了参考目的，图6A，6B，6C中的每一个都示出了一个输入信号和在描述的该点上的实际信号。
虽然前述的内容只涉及到了本发明提到的优选实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，还可得到本发明的其它和更多的实施例，该基本范围由随后的权利要求来限定。
权利要求
1.一种装置，包括调制器，用于将输入信号调制到载波信号上，并从此产生调制载波信号，该调制载波信号具有与之相关的第一接地基准；隔离器，用于处理所述的调制信号以产生相应的调制信号，该调制信号具有与之相关的第二接地基准；解调器，用于解调上述相应的调制信号和相应的载波信号并从此产生解调信号；和平滑滤波器，用于从上述解调信号中恢复相应的输入信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述的调制器包括一个转换操作，用于响应于载波信号将输入信号与±1相乘。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述的调制器和解调器包含有平衡混频器。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述的隔离器包括变压器。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述的隔离器包含脉冲变压器并且所述载波信号包含方波，所述方波的频率比所述的输入信号的频率的两倍还要高。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述的隔离器至少包含线性光耦合器和光纤设备中的一个。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述的隔离器包含射频(RF)发射机/接收机。
8.如权利要求1所述的设备，进一步包括振荡器，用于产生所述的载波信号；和第二隔离器，用于处理所述的载波信号用于产生所述的相应的载波信号；所述载波信号具有与之相关的所述第一接地基准；所述相应的载波信号具有与之相关的第二接地基准。
9.如权利要求1所述的设备，进一步包括振荡器，用于产生所述的相应的载波信号；和第二隔离器，用于处理所述的相应的载波信号，以产生所述的载波信号；所述的载波信号具有与之相关的所述的第一接地基准；所述的相应的载波信号具有与之相关的所述的第二接地基准。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述的第一和第二隔离器包括变压器。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述的载波和相应的载波信号分别包括具有共同预定频率的各个方波信号。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述的预定频率低于输入信号的频率。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述的平滑滤波器包括贝塞尔滤波器、高斯滤波器和椭圆滤波器中的至少一种。
14.一种方法，包括将输入信号调制到载波信号上，从此产生调制载波信号，该调制载波信号具有与之相关的第一接地基准；采用隔离器将调制信号传输到解调器；解调被传输的调制信号，以此产生解调信号；和对解调信号进行滤波以恢复所述的输入信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述的载波信号包含正弦波、方波和锯齿波中的一种。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述的隔离器包含变压器，光隔离器和射频(RF)发射机/接收机中的一种。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述的调制步骤采用平衡混频器和转换器中的一个来执行。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述的滤波步骤由贝塞尔滤波器、高斯滤波器和椭圆滤波器中的至少一种来实现。
19.一种测试和测量设备，包括调制器，用于将输入信号调制到载波信号上，由此产生调制载波信号，该调制载波信号具有与之相关的第一接地基准；隔离器，用于处理所述的调制信号，以产生相应的调制信号，所述的调制信号具有与之相关的第二接地基准；解调器，用于解调所述相应的调制信号和相应的载波信号并由此产生已解调信号；平滑滤波器，用于从所述的解调信号中恢复相应的输入信号。
全文摘要
在电子测试仪器中用于将输入信道隔离的装置和方法一种电隔离设备，其中要被电隔离的信号通过乘法器和载波信号相混频，以产生调制的载波信号，该调制的载波信号通过隔离屏障然后被解调和滤波，并以此提取出原始输入信号。
文档编号G01R1/02GK1700021SQ200410095168
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者J·S·伊斯特伍德 申请人:特克特朗尼克公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
